Схема схемы оптофлюидной индукции силы (OF2i).
(а) Частицы погружаются в жидкость и прокачиваются через микрофлюидный канал. Слабо сфокусированный лазерный луч Лагерра-Гаусса с ОУМ распространяется в том же направлении, что и поток частиц, и воздействует на наночастицы оптическими силами. Наблюдая за светом, рассеянным частицами через объектив микроскопа, можно получить информацию о поперечных сечениях рассеяния, а через отслеживание скорости отдельных частиц.
(b) Смоделированные траектории для двух выбранных частиц. Благодаря ОУМ частицы движутся по спиралевидным траекториям, что подавляет столкновения и блокировку частиц в области фокуса.
(c) Оптическая сила F opt,z и жидкостная сила F жидкость, действуя на частицу, управляющую потоком в направлении распространения z, оптическая сила F opt,x обеспечивает оптический двумерный захват в поперечном направлении x (сила захвата вдоль y не показана).
Предоставлено: Physical Review Applied (2022). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.18.024056

За последние несколько десятилетий инженеры-технологи все чаще добавляли наночастицы в продукты, чтобы придать им желаемые качества — например, для загущения или окрашивания красок. Типы используемых наночастиц зависят от многих факторов, таких как их состав и форма, которые обычно легко определить. Размер наночастиц также важен для обеспечения согласованности, но выяснить, насколько они велики, оказалось сложнее. Было обнаружено, что один подход, называемый динамическим рассеянием света, хорошо работает, но только с крошечными наночастицами. В этой новой работе исследователи создали устройство, которое можно использовать для определения размера более крупных наночастиц.

Новое устройство основано на оптофлюидной индукции силы (OF2i). Он состоит из прозрачного цилиндра и лазерного луча. При использовании цилиндр заполняется водой, в которую добавляются наночастицы образца — в данном случае крошечные кусочки полистирола. Лазер запускается таким образом, что позволяет свету двигаться по спирали через воду, образуя водяной вихрь.

Лазерный свет используется двумя способами: чтобы проталкивать наночастицы через воду и отслеживать их движение. В такой установке величина ускорения, испытываемого данной наночастицей, будет зависеть от ее размера. Исследователи предполагают, что он похож на парусник. Две лодки одинакового размера, испытывающие одинаковую силу ветра, будут толкаться с разной скоростью, если у них паруса разного размера. А поскольку лазер образует вихрь, наночастицы движутся по спирали, что снижает вероятность столкновений.

Свет, рассеянный после отражения от наночастицы, можно затем рассмотреть с помощью покадрового микроскопа, который может выявить пути, пройденные отдельными наночастицами. Анализ формы таких траекторий можно использовать для определения изменений скорости из-за силы, действующей на лазер, и таким образом выявить размер наночастиц. Тестирование показало, что устройство способно измерять наночастицы в диапазоне от 200 до 900 нм.